减少组织粘附水凝胶的溶胀对于维持稳定的组织粘附和抑制组织炎症至关重要。然而，目前已有的减少溶胀的策略往往会导致水凝胶的组织粘合强度的降低。此外，目前报道的水凝胶价键一旦断裂，就无法重建，导致其失去了组织粘附能力。在这项工作中，通过聚（乙烯醇缩丁醛）与丙烯酸、明胶和壳聚糖接枝的N-乙酰-L-半胱氨酸共聚和交联，合成了一种具有可再生、高组织粘附力的不溶胀水凝胶（命名为“PAACP”）。所得PAACP的组织粘附强度达到211.4 kPa，比已发表的不溶胀水凝胶高约10倍，并且该水凝胶可以多次循环重复使用。所制备的水凝胶在软生物电子学方面显示出巨大的潜力，通过集成在PAACP 基底上的电极阵列和应变传感器能成功监测肌肉疲劳。这些生物电子学的成功应用为肌肉相关健康情况和假肢操作的长期诊断提供了潜在的适用性。

  一般来说，高度交联的网络和大量的疏水基团会阻碍粘附基团在组织表面上的扩散，从而严重削弱水凝胶与组织的粘附能力，如图1 B、C所示。为此，在此工作中，作者将疏水性聚乙烯醇缩丁醛（PVB）引入到聚丙烯酸（PAA）基水凝胶中，其不与水凝胶的分子链进行任何化学交联和共聚，能够大大减少水的渗透而无需致密交联，以此来实现不限制水凝胶中的粘合基团迁移到水凝胶和组织界面处，明显地增强水凝胶的粘附力。所制备的PAACP水凝胶的组织粘附强度达到211.4kPa，溶胀比为1.2，如图1 A、D所示。在使用粘附水凝胶的过程中，如果粘附电极不能快速稳定地粘附在组织上，会延迟伤口缝合，并且延长麻醉时间，导致神经元凋亡和脑损伤。因此，即时电极-组织粘附至关重要。本工作中PAACP水凝胶与湿组织表面接触时，其羧酸基团可在10秒内通过静电相互作用迅速粘附到组织表面；并且为了与组织表明产生可逆的共价粘附，根据在没有外部刺激的情况下接近环境条件下键重组的可逆性来选择了二硫键，采用带有巯基的壳聚糖接枝N-乙酰基-L-半胱氨酸与组织形成动态二硫键。PAACP水凝胶在组织表面粘附5分钟后，粘附力明显地增强，证明了二硫键的形成，如图1 E所示。

  接下来，作者证明了不溶胀水凝胶优异的体内生物相容性，水凝胶的溶胀会引起皮下肌肉中的慢性炎症反应，同时溶胀会导致水凝胶和组织间的应变不匹配，削弱水凝胶的粘附力，如图2 A所示。荧光标记的壳聚糖（FITC-壳聚糖）测试证实了高交联度的网络和大量的疏水基团都会阻碍粘附基团扩散到组织界面，削弱水凝胶与组织的粘附力，高度交联的水凝胶以及疏水基团和粘合基团交联共聚形成的水凝胶限制了粘合基团与荧光标记的壳聚糖的交联，因此表现出较弱的荧光（如图2 B-D所示）。此外，作者展示了引入PVB后，随天数增加水凝胶溶胀率从始至终保持比较低，同时PAACP和组织界面处的界面韧性与黏附强度始终较高，与一些通过酰胺键来提供粘附的水凝胶比优势显著，如图2 E-G所示。

  之后，作者展示了PAACP水凝胶粘附后，能够最终靠钠阳离子中和带负电的羧酸盐基团，削弱基于静电相互作用产生的粘附力，以此来实现方便的剥离，如图3 A所示。此外，作者还证明了由于断裂的动态键可以再生并与组织重新形成动态键交联，所以PAACP水凝胶具有优秀的生物体内长期粘附的能力，并且剥离时不会损伤组织，如图3 B、C所示，实现了时间尺度上的按需良性剥离能力。另外，为制造神经电极，作者通过电化学聚合（阳极氧化吡咯）在图案化氧化铟锡 (ITO) 玻璃上合成聚吡咯 (PPy) MEAs。然后，在聚吡咯上旋涂正性光阻层，并进行光刻以形成封装层。之后用预拉伸的含有PAACP的多壁碳纳米管（MWCNT）薄膜覆盖ITO玻璃，以转移聚吡咯MEAs。由于聚吡咯电极通过电子和离子机制转移电荷，从而大幅度的降低了阻抗，远低于Au电极的阻抗。此外，电极-组织界面可以将电信号从外部设备传输到生物神经系统。这些电信号可用于刺激生物系统，来治疗神经系统疾病。电荷存储容量通常用于预测电极在刺激过程中可以注入的电荷以激活神经组织，聚吡咯电极远大于相同速率扫描的金电极的电荷存储容量。本工作中制备获得的双功能组织界面生物电子学器件（BTIB）具有稳定而强的附着力、良好的剥离性和优异的电性能，这些表明它是生物电子应用的绝佳候选者（如图3 D-F所示）。

  接下来，作者展示了由于材料很强的粘附力，使得导电材料、水凝胶与生物组织之间的相对滑动很小，加速了传感器的响应时间。本工作中基于PAACP所获得的传感器电学性能优于目前报道的许多基于水凝胶的传感器，结合其快速响应能力，从而确保了该传感器能够准确、及时地检测微小的皮肤变形（图4 A-B所示）。此外，所开发的应变传感器表现出良好的拉伸稳定性，即使在30%应变下进行500次拉伸/释放循环后也没有观察到性能直线下降（图4 C），从而有利于稳定的长期物理信号检测。强大的粘附力确保PAACP 表面上的多壁碳纳米管即使在没有封装的情况下也能在体内保持稳定的电性能，作者为了在体外评估BTIB的生物电子功能，还将其粘附在人体皮肤表面以记录 EMG 和组织变形信号（图 4D），一旦 BTIB 粘附到皮肤表面，肌电图和皮肤变形信号就会被稳定、准确地记录（如图 4E-I所示）。

  最后，为了验证BTIB在生物体内的生物电子功能、粘附和按需脱离，作者将其粘附到活体大鼠的皮下肌肉上，记录肌电图和肌肉变形信号，如图 5A所示。BTIB 在电刺激肌肉中记录了准确的EMG和变形信号，并且观察到踝关节的周期性和稳定运动，如图5 B-E所示。然而，获得的RMS拟合曲线跟着时间的推移而减小，并且不能用于确定肌肉是否疲劳（图5F-G）。这是因为通过刺激坐骨神经而诱发的肌肉动作电位的强度由使用外部装置输入的刺激强度决定。因此，在这项研究中，肌肉疲劳是通过减少肌肉变形来估计的，肌肉变形是在电刺激后由传感器记录（图5H）。综上所述，肌肉是否疲劳并不能仅仅根据肌肉动作电位来判断，这进一步说明结合多个信号对于准确诊断肌肉相关的健康问题和精确控制假肢具备极其重大意义。此外，在植入大鼠皮下肌肉14天后，仍旧能准确记录肌电图和组织变形，表明BTIB具有稳定的粘附能力和电学性能，如图5 I-K所示。这些结论进一步验证了其对于生理疾病的长期监测和诊断具备极其重大的应用前景。